汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路

摘要

本发明公开了一种汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路，包括：将低直流电压转换为高直流电压的升压电路；切换地输出低直流电压或高直流电压的电源切换电路；根据汽车尾气处理系统的状态采集以及从电磁阀的电磁铁线圈所采集的线圈电压和线圈电流，处理后输出脉宽调制信号的脉宽调制电路；由电源切换电路供给电源，并受到脉宽调制信号的控制而间歇性地向汽车尾气处理系统中喷射还原剂的电磁阀。本发明汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路可以避免单电源驱动所带来的电磁干扰及电磁阀的阀体发热问题，并能提高电磁阀的开启速度。

权利要求

1.一种汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路，其特征是，包括升压电路、电源切换电路、脉宽调制电路和电磁阀；

所述升压电路将低直流电压转换为高直流电压输出；

所述电源切换电路受所述脉宽调制电路中的MCU(微控制器)的控制而切换地输出低直流电压或高直流电压；MCU仅在电磁阀开启期间让电源切换电路输出高直流电压，其余时间均让电源切换电路输出低直流电压；

所述脉宽调制电路包括一个MCU，该MCU首先根据汽车尾气处理系统的状态采集给出脉宽调制信号的初始占空比，并将调制电压与采集的电磁阀线圈电压相减得到第一误差电压，并将采集的电磁阀线圈电流的分压与该第一误差电压相减得到第二误差电压，由该第二误差电压对脉宽调制信号的初始占空比进行修正，并向电磁阀输出具有修正后的占空比的脉宽调制信号以控制其启闭；

所述电磁阀由电源切换电路所输出的低直流电压或高直流电压供给电源，并受到脉宽调制信号的控制而间歇性地向汽车尾气处理系统中喷射还原剂。

2.根据权利要求1所述的汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路，其特征是，所述脉宽调制电路包括运算放大器、比较器、电流采样电路和脉宽调制信号发生器；

所述运算放大器将调制电压和线圈电压在同一时刻的幅值相减得到第一误差电压；

所述比较器将第一误差电压和线圈分流电压在同一时刻的幅值相减得到第二误差电压；

所述脉宽调制信号发生器以汽车尾气处理系统的状态采集得到具有初始占空比的脉宽调制信号，以第二误差电压对脉宽调制信号的初始占空比进行修正，并输出具有修正后占空比的脉宽调制信号；

所述电流采样电路将线圈电流转换为线圈分流电压，作为比较器的一个输入信号。

3.根据权利要求1所述的汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路，其特征是，所述第二误差电压的幅值越大，对脉宽调制信号的初始占空比进行修正的修正量就越大。

4.根据权利要求1所述的汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路，其特征是，所述第二误差电压的幅值为正或为负，对脉宽调制信号的初始占空比进行修正的方向相同。

说明书

汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种汽车尾气处理系统，特别是涉及其中的还原剂喷射控制电路。

背景技术

[0002] 基于环保因素，汽车尾气需要处理后再排放到大气中。选择性催化还原(SCR，selective catalyst reduction)反应就是一种常见的汽车尾气处理方式，其在汽车尾气处理系统中喷入氨、尿素或者其它含氮化合物作为还原剂。该还原剂有选择性地和尾气中的氮氧化物(NOX，x为自然数)进行反应，而不和氧气发生反应，使氮氧化物还原成氮气和水。

[0003] 选择性催化还原反应可用的还原剂有很多，例如添蓝(AdBlue)就是诺瓦(NOVAX)公司开发出的一种还原剂，其是利用32.5％的尿素和去离子水混合而成。

[0004] 请参阅图1，这是一种现有的汽车尾气处理系统中的还原剂喷射控制电路，包括升压电路11、脉宽调制电路12和电磁阀13。

[0005] 所述升压电路11将低直流电压UL(例如+24V)转换为高直流电压UH(例如+80V)输出。

[0006] 所述脉宽调制电路12向电磁阀13发出脉宽调制信号Upwm以控制其启闭。所述脉宽调制电路12有三个输入信号：时钟信号clk、调制电压Us、从电磁阀13的电磁铁线圈所采集的线圈电压Ucoil。所述脉宽调制电路12内部具有MCU(微控制器)，其控制脉宽调制信号Upwm的占空比。首先该MCU根据汽车尾气处理系统中的废气含量、特定种类的废气所占比例、还原剂消耗估计等，给出一个具有初始占空比的脉宽调制信号Upwm。其次该MCU根据调制电压Us与线圈电压Ucoil的差值(即误差电压Ue)，作为对脉宽调制信号Upwm的初始占空比的一个修正。例如，脉宽调制信号Upwm的初始占空比为50％。所述误差电压Ue为正，则提高脉宽调制信号Upwm的占空比；所述误差电压Ue为负，则降低脉宽调制信号Upwm的占空比。所述误差电压Ue越大，对脉宽调制信号Upwm的初始占空比的修正量就越大。最终所述脉宽调制电路12向电磁阀13输出具有修正后的占空比的脉宽调制信号Upwm。

[0007] 所述电磁阀13由高直流电压UH供给电源，并受到脉宽调制信号Upwm的控制而间歇性地为其内部的电磁铁线圈供电，从而间歇性地控制还原剂供给通道的启闭，即间歇性地向汽车尾气处理系统中喷射还原剂。

[0008] 图1还给出了一种现有的脉宽调制电路12的具体结构，其包括比较器121、整流滤波电路122和脉宽调制信号发生器123。

[0009] 比较器121的正、负输入端分别接入调制电压Us和直流反馈电压UFB，比较器121将这两个输入信号在同一时刻的幅值相减后输出为误差电压Ue，这是一个幅值变化的直流电压。

[0010] 脉宽调制信号发生器123内部有一个MCU，其根据汽车尾气处理系统的状态采集和电压反馈环路的修正，决定所输出的脉宽调制信号Upwm的占空比。该脉宽调制信号发生器123具有两个输入，一个输入是时钟信号clk，包括脉宽调制信号Upwm在内的所有脉冲信号的频率均与其成倍频关系；另一个输入是误差电压Ue，用来对MCU仅根据汽车尾气处理系统的状态采集而给出的脉宽调制信号Upwm的初始占空比进行修正。误差电压Ue越大，调整脉宽调制信号Upwm的占空比的幅度就越大；反之亦然。

[0011] 该脉宽调制信号Upwm为电磁阀13中的电磁铁线圈间歇性地供电。而该电磁铁线圈的电压Ucoil又被采集回来，经过整流滤波电路122后变为直流反馈电压UFB，作为比较器121的一个输入信号。

[0012] 图1所示的现有的还原剂喷射控制电路中，电磁阀13采用单电源驱动，即始终以高直流电压UH作为电源供给。其优点是可以为电磁阀13的启动提供较大的驱动力。可是在电磁阀13打开后，驱动电压仍维持在高直流电压UH会造成电磁干扰及电磁阀13的阀体发热较高。

[0013] 图1所示的脉宽调制电路12中，由电磁阀13采集而来的线圈电压Ucoil形成了一个电压反馈环路，其与调制电压Us的差值作为修正量用来调节MCU输出的脉宽调制信号Upwm的占空比。这种脉宽调制方式具有响应速度慢的缺点，会影响高速电磁阀13的开启速度。

发明内容

[0014] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁干扰小、发热量小、响应速度快的汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路。

[0015] 为解决上述技术问题，本发明汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路包括升压电路、电源切换电路、脉宽调制电路和电磁阀；

[0016] 所述升压电路将低直流电压转换为高直流电压输出；

[0017] 所述电源切换电路受所述脉宽调制电路中的MCU(微控制器)的控制而切换地输出低直流电压或高直流电压；MCU仅在电磁阀开启期间让电源切换电路输出高直流电压，其余时间均让电源切换电路输出低直流电压；

[0018] 所述脉宽调制电路包括一个MCU，该MCU首先根据汽车尾气处理系统的状态采集给出脉宽调制信号的初始占空比，并将调制电压与采集的电磁阀线圈电压相减得到第一误差电压，并将采集的电磁阀线圈电流的分压与该第一误差电压相减得到第二误差电压，由该第二误差电压对脉宽调制信号的初始占空比进行修正，并向电磁阀输出具有修正后的占空比的脉宽调制信号以控制其启闭；

[0019] 所述电磁阀由电源切换电路所输出的低直流电压或高直流电压供给电源，并受到脉宽调制信号的控制而间歇性地向汽车尾气处理系统中喷射还原剂。

[0020] 进一步地，所述脉宽调制电路包括运算放大器、比较器、电流采样电路和脉宽调制信号发生器；

[0021] 所述运算放大器将调制电压和线圈电压在同一时刻的幅值相减得到第一误差电压；

[0022] 所述比较器将第一误差电压和线圈分流电压在同一时刻的幅值相减得到第二误差电压；

[0023] 所述脉宽调制信号发生器以汽车尾气处理系统的状态采集得到具有初始占空比的脉宽调制信号，以第二误差电压对脉宽调制信号的初始占空比进行修正，并输出具有修正后占空比的脉宽调制信号；

[0024] 所述电流采样电路将线圈电流转换为线圈分流电压，作为比较器的一个输入信号。

[0025] 本发明汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路可以避免单电源驱动所带来的电磁干扰及电磁阀的阀体发热问题，并能提高电磁阀的开启速度。

附图说明

[0026] 图1是现有的汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路；

[0027] 图2是本发明的汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路。

[0028] 图中附图标记说明：

[0029] 11为升压电路；12为脉宽调制电路；121为比较器；122为整流滤波电路；123为脉宽调制信号发生器；13为电磁阀；21为电源切换电路；22为脉宽调制电路；221为运算放大器；222为比较器；223为电流采样电路；224为脉宽调制信号发生器。

具体实施方式

[0030] 请参阅图2，这是本发明汽车尾气处理系统的还原剂喷射控制电路的一个具体实施例，其包括升压电路11、电源切换电路21、脉宽调制电路22和电磁阀13。

[0031] 所述升压电路11将低直流电压UL(例如+24V)转换为高直流电压UH(例如+80V)输出。

[0032] 所述电源切换电路21受到脉宽调制电路22内部的MCU控制，对输入的低直流电压UL和高直流电压UH在任一时刻仅输出其中一个。其具体规则是：MCU在电磁阀13开启的瞬间及之后的一小段时间内，让电源切换电路21输出高直流电压UH；其余时间MCU都让电源切换电路21输出低直流电压UL。所述一小段时间通常为毫秒级别，只需保证电磁阀13能在这段时间内开启即可。

[0033] 所述脉宽调制电路22向电磁阀13输出脉宽调制信号Upwm以控制其启闭。例如，该脉宽调制信号Upwm为频率恒定、幅值恒定、占空比可变的方波信号，从低电平到高电平的上升沿控制电磁阀13开启，从高电平到低电平的下降沿控制电磁阀13关闭。

[0034] 所述脉宽调制电路22有四个输入信号：输入信号之一是时钟信号clk，通常为频率恒定、幅值恒定、占空比恒定的方波信号；输入信号之二是调制电压Us，通常为频率恒定、最大幅值恒定的锯齿波或三角波信号；输入信号之三是从电磁阀13的电磁铁线圈所采集的线圈电压Ucoil，通常为频率恒定、幅值恒定、占空比可变的方波信号；输入信号之四是从电磁阀13的电磁铁线圈所采集的线圈电流Icoil，通常为频率恒定、幅值恒定、占空比可变的方波信号。所述线圈电压Ucoil、线圈电流Icoil和脉宽调制信号Upwm的频率和占空比一致，且与调制电压Us的频率一致。所述线圈电压Ucoil、线圈电流Icoil、脉宽调制信号Upwm和调制电压Us的频率均为时钟信号clk的频率的整数倍。

[0035] 所述脉宽调制电路22内部具有MCU(微控制器)，其控制所输出的脉宽调制信号Upwm的占空比。首先该MCU采集汽车尾气处理系统的状态，包括其中的废气含量、特定种类的废气所占比例、还原剂消耗估计等，给出一个具有初始占空比的脉宽调制信号Upwm。其次该MCU根据线圈电流分压Up与第一误差电压Ue1的差值(即第二误差电压Ue2)，作为对脉宽调制信号Upwm的初始占空比的一个修正。所述第一误差电压Ue1为调制电压Us与线圈电压Ucoil的差值。最终所述脉宽调制电路12向电磁阀13输出具有修正后的占空比的脉宽调制信号Upwm。

[0036] 例如，脉宽调制信号Upwm的初始占空比为50％。所述第二误差电压Ue2为正，则提高脉宽调制信号Upwm的占空比。所述第二误差电压Ue2为负，则降低脉宽调制信号Upwm的占空比。所述第二误差电压Ue2越大，对脉宽调制信号Upwm的初始占空比的修正量就越大。

[0037] 所述电磁阀13由电源切换电路21所输出的低直流电压UL或高直流电压UH供给电源，并受到脉宽调制信号Upwm的控制而间歇性地为其内部的电磁铁线圈供电，从而间歇性地控制还原剂供给通道的启闭，即间歇性地向汽车尾气处理系统中喷射还原剂。

[0038] 例如，该脉宽调制信号Upwm为频率恒定、幅值恒定、占空比可变的方波信号。从低电平到高电平的上升沿，控制电磁阀13内部的电磁铁线圈供电，从而开启还原剂供给通道，还原剂通过该电磁阀13喷射进入汽车尾气处理系统。从高电平到低电平的下降沿，控制电磁阀13内部的电磁铁线圈断电，从而关闭还原剂供给通道，还原剂被电磁阀13阻断不再喷射进入汽车尾气处理系统。

[0039] 图2还给出了本发明脉宽调制电路22的一种具体结构，其包括运算放大器(运放)221、比较器222、电流采样电路223和脉宽调制信号发生器224。

[0040] 运算放大器221的正、负输入端分别接入调制电压Us和线圈电压Ucoil，运算放大器221将这两个输入的脉冲信号在同一时刻的幅值相减后输出为第一误差电压Ue1，这是一个频率变化、幅值变化的脉冲信号，可以将其理解为一个幅值变化的直流电压。

[0041] 比较器222的负、正输入端分别接入线圈电流分压Up和第一误差电压Ue1，比较器222将这两个输入信号在同一时刻的幅值相减后输出第二误差电压Ue2，这也是一个幅值变化的直流电压。

[0042] 脉宽调制信号发生器224内部有一个MCU，其根据汽车尾气处理系统的状态采集和电压反馈环路、电流反馈环路的修正，决定所输出的脉宽调制信号Upwm的占空比。该脉宽调制信号发生器224具有两个输入，一个输入是时钟信号clk，包括脉宽调制信号Upwm在内的所有脉冲信号的频率均与其成倍频关系；另一个输入是第二误差电压Ue2，用来对MCU仅根据汽车尾气处理系统的状态采集而给出的脉宽调制信号Upwm的初始占空比进行修正。第二误差电压Ue2越大，调整脉宽调制信号Upwm的占空比的幅度就越大；反之亦然。

[0043] 该脉宽调制信号Upwm为电磁阀13中的电磁铁线圈间歇性地供电。而该电磁铁线圈的电压Ucoil又被采集回来作为运算放大器221的一个输入信号。

[0044] 同时该电磁铁线圈的电流Icoil也被采集回来，通过电流采样电路223转换为线圈分流电压Up，该线圈分流电压Up反映的是流过电磁阀13的电磁铁线圈的电流值，作为比较器222的一个输入信号。

[0045] 例如，电流采样电路223为一个特定幅值的电阻，线圈电流Icoil流过该电阻后，从该电阻两侧获取线圈分流电压Up。

[0046] 图2所示的还原剂喷射控制电路中，电磁阀13采用双电源驱动。其优点是以高直流电压UH为电磁阀13的启动提供较大的驱动力。一旦电磁阀13打开后，就将电磁阀13的电源更换为低直流电压UL。从而减少造成的电磁干扰现象，并使得电磁阀13的阀体发热减小。

[0047] 图2所示的脉宽调制电路22中，由电磁阀13采集而来的线圈电压Ucoil和线圈电流Icoil分别形成了一个电压反馈环路和一个电流反馈环路。这两个反馈环路所形成的第一误差电压Ue1和第二误差电压Ue2级联，用来调节脉宽调制信号UPWM的占空比。这种脉宽调制方式具有响应速度快、瞬态响应特性好的优点。

[0048] 以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。